DOPING:
SOSTANZE E
METODI
La definizione di doping secondo la LEGGE 14 dicembre 2000,
n°376 (art. 1) del Ministero della Salute è la seguente:
Costituiscono doping: la somministrazione o
l’assunzione di farmaci o di sostanze biologicamente o
farmacologicamente attive e l’adozione o la
sottoposizione a pratiche mediche non giustificate da
condizioni patologiche ed idonee a modificare le
condizioni psichiche o biologiche dell’organismo al fine
di alterare le prestazioni agonistiche degli atleti”
DOPING
E’ l'uso (o abuso) di sostanze o medicinali con lo scopo di
aumentare artificialmente il rendimento fisico e le prestazioni
dell'atleta.
Il doping è vietato dai regolamenti sportivi che:
•Regolano l’utilizzo dei farmaci
•Stabiliscono controlli anti-doping
Il Comitato Internazionale Olimpico e le Federazioni Nazionali, nel
1998 formarono l’Agenzia Mondiale Anti-Doping:
WORLD ANTI-DOPING AGENCY (WADA)
WADA emette e aggiorna costantemente il
Codice Mondiale Anti-Doping
DOPING
IL RENDIMENTO SPORTIVO PUÒ ESSERE
IMPLEMENTATO CON SOSTANZE
che aumentano il
rendimento muscolare
• Ormoni steroidei
(androgeni, estrogeni,
progestinici)
• Eritropoietina
• Ormone GH
• IGF-1
che agiscono a livello del
SNC
•
•
•
•
Amfetamine
Cocaina
Efedrina
Metilefedrina
UNA DELLE MAGGIORI SFIDE PER I LABORATORI ANTI-DOPING È
QUELLA DI :
RICONOSCERE e RILEVARE l’abuso di sostanze illecite
Sostanze Proibite sempre
«in e out» competizione:
S.1 Agenti anabolizzanti
S.2 Ormoni e sostanze correlate
S.3 Beta-2 agonisti
S.4 Agenti con attività anti-estrogenica
S.5 Diuretici ed agenti mascheranti
Sostanze Proibite in competizione:
S.6 Stimolanti
S.7 Narcotici
S.8 Derivati della cannabis
S.9 Farmaci Corticosteroidi
Sostanze proibite in particolari
discipline sportive
P1.Alcool, proibito nelle competizioni di automobilismo (>0.10
g/L), arco (>0.10 g/L), biliardo (>20 g/L), karate (>0.10 g/L), ecc.
P2.Beta-bloccanti (es. atenololo, labetalolo, metoprololo,
nadololo, sotalolo, timololo, ecc.) , proibito nelle competizioni
di automobilismo, arco, bridge, ginnastica, nuoto sincronizzato,
ecc.
L’uso di qualsiasi sostanza
dopante è accompagnato da
effetti collaterali.
Meccanismi d’azione e reazioni
avverse delle principali sostanze
dopanti
SOSTANZE PROIBITE E
REAZIONI AVVERSE
Sostanze Proibite sempre
«in e out» competizione:
S.1 Agenti anabolizzanti
S.2 Ormoni e sostanze correlate
S.3 Beta-2 agonisti
S.4 Agenti con attività antiestrogenica
S.5 Diuretici ed agenti mascheranti
Sostanze Proibite in competizione:
S.6 Stimolanti
S.7 Narcotici
S.8 Derivati della cannabis
S.9 Farmaci Corticosteroidi
Steroidi anabolizzanti: S1. Anabolizzanti
Testosterone, Nandrolone….
Acne
Effetti
•Aumento della massa
muscolare
Aumento sintesi
dei globuli
rossi
Danni
epatici
•Diminuzione della
massa grassa
•Aumento della
resistenza
alla fatica
•Diminuzione azione
catabolica dei
glucocorticoidi
•Aumento della sintesi
dei globuli rossi
•Aumento della densità
ossea
Blocco crescita
ossa lunghe
Aumento
Densità
ossea
Massa
muscolare
Massa
grassa
Danni
funzione
riproduttiva
Aumento
trigliceridi
e colesterolo
Lesioni
tendinee
Reazioni avverse
Nel maschio (età prepuberale)
• Blocco crescita ossa lunghe
• Inibizione della spermogenesi
Nel maschio (età adulta)
• Oligospermia/azospermia
• Atrofia testicolare
• Ipertrofia prostatica
• Alterazione della funzione
epatica con possibilità di tumori
• Aumento dei lipidi plasmatici
Nella donna
• Soppressione della funzione
ovarica
• Atrofia della ghiandola
mammaria
• Virilizzazione
• Alterazione della funzione
epatica con possibilità di tumori
Gli steroidi anabolizzanti
Jennifer Capriati
Possono trasformare un atleta
in meno di due anni
Qualche volta sono così efficaci…
....da trasformare
direttamente una
donna in un uomo
come Heidi
Krieger
Heidi Krieger
Heidi Krieger oro
Oggi Andreas Krieger
nel lancio del peso
agli Europei 1986
all’età di 21 anni
S2. ORMONI E SOSTANZE CORRELATE
1. Agenti stimolanti l’eritropoiesi [es. eritropoietina EPO];
2. Gonadotropina corionica (CG) e Ormone luteinizzante (LH)
proibiti negli uomini;
3. Insuline;
4. Corticotropine;
5. Fattori di crescita: Ormone della crescita (GH), fattore di
crescita insulino-simile (IGF-1), Fattori di crescita meccanici
(MGF), fattori di crescita di derivazione piastrinica (PDGF),
fattori di crescita del fibroblasto (FGF), fattore di crescita
vascolare-endoteliale (VEGF) e fattore di crescita degli
epatociti (HGF) ed altri fattori di crescita riguardanti muscoli,
sintesi/degradazione delle proteine dei tendini o dei
legamenti, vascolarizzazione, utilizzazione di energia,
capacità rigenerativa o commutazione del tipo di fibra
S2- Eritropoietina (EPO)
Effetti
Reazioni avverse
• Poliglobulia
• Stimola la
produzione dei
globuli rossi
Stimolo
produzione di
globuli rossi
• Aumenta la
capacità di
trasporto
dell’ossigeno
Poliglobulia
trombosi
Insufficienza
cardiaca
• Aumento della
viscosità del
sangue
• Infarto del
miocardio
• Trombosi
• Ictus
• Embolia
polmonare
• Convulsioni
S2. Ormone della crescita (GH)
Aumento
sintesi proteica
EFFETTI
REAZIONI AVVERSE
Cardiopatia
Ipertensione
•Aumento della
sintesi proteica
•Acromegalia
nell’adulto (gigantismo)
Diabete
•Aumento della
crescita del tessuto
muscolare
Stimolo
crescita ossea
•Incremento della
crescita staturale nel
giovane (gigantismo)
•Aumento della
lipolisi
•Aumento della
glicemia
Aumento degli
organi interni
•Ritenzione idrica ed
edema (generalizzato
e periferico)
•Artropatie; sindrome
del tunnel carpale
Danni
muscolari
ed articolari
•Cardiomiopatia
•Ipertensione arteriosa
Aumentata immissione
in circolo delle
sostanze energetiche
•Iperglicemia
•Diabete
Aumento dimensioni
estremità
S2. Ormone della crescita (GH)
Flo Jo” Griffith morì a 38 anni nel 1998 per aver
assunto l’ormone della crescita al fine di
migliorare la propria massa muscolare.
In quel periodo non esisteva ancora la
formulazione artificiale e il rischio che si correva
con l’utilizzo di ormone estratto da cadavere era
di contrarre la malattia di Creutzfeldt-Jacob,
Encefalopatia Spongiforme Bovina,
comunemente detta malattia della “mucca
pazza”, un virus a lenta azione che si può
manifestare anche dopo parecchio tempo.
Questo fu un caso clamoroso, ma si contano ben
150 altri decessi fra coloro che hanno assunto
l’ormone estratto da cadavere.
(December 21, 1959 – September 21, 1998)
S.3 BETA-2 AGONISTI
Sono anabolizzanti non ormonali:
antiasmatici o broncodilatatori
S6. STIMOLANTI
Gli stimolanti (es. cocaina, oppioidi, amfetamine,cannabinoidi) alterano
le aree cerebrali che mediano le sensazioni di motivazione e di
piacere: area “reward” cioè della gratificazione.
S6. STIMOLANTI
Effetto dell’ecstasy sulle capacità del ragno a tessere la
tela
Condizioni basali
Dopo ecstasy
S6. STIMOLANTI
Emorragia cerebrale da cocaina
S6. Stimolanti: Amfetamina, Efedrina, Cocaina…
EFFETTI
•Spiccata azione
stimolante sul sistema
nervoso centrale
(aumento
dell’attenzione della
competitività, senso di
benessere, euforia,
riduzione del senso di
fatica
EFFETTI INDESIDERATI
Riduzione fatica,
euforia
•Aumento della
frequenza cardiaca
•Aumento della glicemia
e degli acidi grassi
liberi
•Riduzione del senso
di fame (effetto
anoressizzante)
Ictus
Sistema nervoso centrale
Colpo di calore
Aumento
Frequenza
cardiaca
Eccitazione,
Irrequietezza,
Insonnia,
aggressività
Dipendenza
Tossicomania
Dispnea
Stimolo
metabolismo
energetico
Vomit
o
• Tremori, eccitazione,
aggressività
• Perdita del senso critico
• Cefalea
• Insonnia
• Vomito, anoressia
• Iperpiressia (colpo di
calore)
• Convulsioni
• Forte stato depressivo,
psicosi
Sistema cardiocircolatorio
• Vasocostrizione
• Ipertensione
• Tachicardia
• Disturbi del ritmo
• Infarto del miocardio
S9. Glucocorticosteroidi
farmaci anti-infiammatori e analgesici
Proibiti per via orale, rettale, im. o ev. per le altre vie è richiesta certificazione medica
EFFETTI
Euforia
Aumentata
Resistenza a
stimoli nocivi
•Potente azione
anti-infiammatoria
•Effetto euforizzante
•Aumentata capacità
di resistere a stimoli
nocivi
Azione
Alterazioni
idroelettrolitiche
Ipertensione
Osteoporosi
EFFETTI INDESIDERATI
• Alterazione del
bilancio elettrolitico
• Ipertensione
• Iperglicemia
Ulcera
gastroduodenale
• Iperlipidemia
• Iperuricemia
Aumentata
suscettibilità
alle infezioni
anti-infiammatoria
Iperglicemia
• Aumento della
suscettibilità alle
infezioni
• Ulcera peptica
• Osteoporosi
• Insonnia
• Cataratta
Risultati (2012) dei laboratori accreditati dell'Agenzia mondiale
antidoping (WADA) tramite antidoping Amministrazione e Management
System (ADAMS).
METODI DI DOPING
Metodi vietati in e fuori competizione
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
Doping ematico
Uso di prodotti che aumentano l’assorbimento, il
trasporto o il rilascio dell’ossigeno
Camera ipobarica
M2. MANIPOLAZIONE FARMACOLOGICA, CHIMICA E FISICA
uso di sostanze e metodi che possano alterare l’integrità e
la conformità dei campioni raccolti nei controlli antidoping
M3. DOPING GENETICO uso non terapeutico dei geni,
elementi genetici e/o cellule, che hanno la capacità di
migliorare la prestazione sportiva
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
Doping Ematico
a. Emotrasfusione
b. Uso di Emoglobine sintetiche
c. Utilizzo della Camera ipobarica
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
Doping ematico
a. Emotrasfusione
• Due possibilità:
– Doping ematico omologo (sangue proveniente da un’altra
persona)
• Sangue e sostituti plasmatici utilizzati in medicina
• ”Donor Doping” (generalmente compagni di squadra)
– Doping ematico autologo (autotrasfusione)
• Estrazione di es. 900 ml sangue - 5 sett. prima della gara
• Infusione del sangue centrifugato (cellule impaccate) 1 o 2 giorni
prima della gara
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
a. Emotrasfusione
Vantaggi e svantaggi del
doping ematico omologo
(sangue proveniente da un’altra persona)
• Vantaggi
– Nessuna diminuzione della performance
• Svantaggi
– Possibilità di essere individuati!!!
(individuazione degli antigeni minori dei GR del
donatore)
– Contrarre malattie dal donatore
– Reazioni da trasfusione
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
a. Emotrasfusione
Vantaggi e svantaggi del
doping ematico autologo
(autoemotrasfusione)
• Vantaggi
– “Nessun metodo di detenzione”
– Evitare patologie tipo AIDS ed epatiti
– Evitare reazioni da sangue non compatibile
• Svantaggi
– Diminuita performance durante l’allenamento
dopo l’estrazione del sangue
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
a. Emotrasfusione
Doping ematico:
Autoemotrasfusione
In Italia, questa tecnica nasce a Ferrara nella
prima metà degli anni 80 (1984: F. Moser
record dell’ora) con l’autoemotrasfusione
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
a. Emotrasfusione
Doping Ematico
Autoemotrasfusione
(per sport di resistenza)
Un mese prima della gara vengono estratti 700-900 ml di
sangue, che vengono poi conservati e rimessi in circolo uno o
due giorni prima dell'impegno agonistico.
In seguito alla trasfusione si verifica un repentino miglioramento
della capacità aerobica e della prestazione nelle prove di
resistenza (ciclismo, maratona, nuoto di durata, trhiatlon, sci
nordico ecc.).
L'autoemotrasfusione non determina significativi benefici agli
atleti impegnati in discipline anaerobiche (sollevamento pesi,
gare di salto e di sprint, lancio del peso, ecc).
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
b. Uso di Emoglobine sintetiche
Doping ematico
Eritropoietina ricombinante (r-HUEPO)
Nel 1987 è stata introdotta l’EPO ricombinante (r-HuEPO)
con struttura ed azione sovrapponibili a quella endogena.
La somministrazione di r-HuEPO consente di aumentare la
massa eritrocitaria e i livelli di emoglobina per 3-4 settimane, con
aumento del VO2max (il massimo volume di ossigeno consumato per minuto)
pari al 10%.
La somministrazione di r-HuEPO consente quindi di migliorare la
capacità aerobica dell’atleta. Gli effetti sono additivi a quelli
dell’allenamento, che consente di aumentare il VO2max fino ad un
massimo del 20%.
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
b. Uso di Emoglobine sintetiche
Doping ematico
Darbepoietin α
Novel Erythropoiesis Stimulating Protein (NESP)
Eritropoietina sintetica analoga all’eritropoietina ricombinante umana
EPO iperglicosilata:
cinque catene carboidratiche
elevato contenuto in acido sialico
elevato peso molecolare.
clearance plasmatica rallentata
Laboriosa metabolizzazione
Lunga emivita plasmatica
darbepoietin α = 25 ore
rHuEpo = 8,5 ore
(MacDougall et al, 2001)
La NESP può produrre in breve tempo un aumento dell'ematocrito
dai valori normali di 42%-44% fino a valori del 60% mantenendoli
elevati a lungo.
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
Effetti
S2- Eritropoietina (EPO)
Reazioni avverse
• Poliglobulia
• Stimola la
produzione dei
globuli rossi
Stimolo
produzione di
globuli rossi
• Aumenta la
capacità di
trasporto
dell’ossigeno
Poliglobulia
trombosi
Insufficienza
cardiaca
• Aumento della
viscosità del
sangue
• Infarto del
miocardio
• Trombosi
• Ictus
• Embolia
polmonare
• Convulsioni
M1. AUMENTO DI TRASPORTO DI OSSIGENO
c. Camera ipobarica
Doping Ematico
La camera ipobarica riduce la percentuale di ossigeno
presente nell'aria.
L'organismo quindi viene stimolato a produrre globuli
rossi, aumentando la massa plasmatica.
Dunque aumenta la resistenza, crea l'effetto altitudine,
migliora anche la capacità di recupero.
M2. MANIPOLAZIONE FARMACOLOGICA,
CHIMICA E FISICA
Uso di sostanze e metodi che possano alterare l’integrità e la
conformità dei campioni raccolti nei controlli antidoping
Le manipolazioni vanno dallo scambio dei campioni d´urina alla
diluizione con altri liquidi, fino all´inserimento in vescica, tramite
catetere, dell´urina altrui. Possono inoltre essere usati i diuretici
chiamati mascheranti, perché in grado di eliminare più velocemente,
favorendo la diuresi, le sostanze proibite rintracciabili ai test antidoping.
Inoltre, la prima cosa che si esamina nei campioni di urina è il pH, in
quanto è possibile facilitare l´eliminazione di farmaci vietati
alcalinizzando o acidificando l´urina; la seconda è la densità: un´urina
con basso peso specifico, può indicare una manipolazione finalizzata
ad abbassare la concentrazione di un farmaco al di sotto della soglia di
rilevazione.
M3. DOPING GENETICO
Il WADA ha inserito nella lista dei metodi proibiti il
DOPING GENETICO
E’ definito come “ l’uso non terapeutico di cellule, geni,
elementi genici o la modulazione dell’espressione
genica che possano aumentare la performance
sportiva”.
Il DOPING GENETICO usa le stesse tecniche della
TERAPIA GENICA allo scopo di migliorare la
prestazione sportiva.
Modelli di terapia genica
Definizione e background
Sistemi di rilascio
Strategie di terapia genica
Esempi di trials clinici
Prospettive future
Terapia Genica: perché ?
Molte patologie, dovute a proteine malfunzionanti,
non sono trattabili con terapie tradizionali
Negli anni ‘70 nasce l’idea della Terapia Genica
(rilascio intracellulare di materiale genetico
per generare un effetto terapeutico, con diverse strategie
di intervento a seconda dello scopo prefissato)
DNA
Farmaco
RNA
DNA e mutazioni
A
C
G
T
GCA
GCA
Ala
Ala
AAA
AGA
Lys
Arg
GAT
GAT
Asp
Asp
GENOMA UMANO
3 miliardi di basi (A,C,G,T)
circa 30.000 geni
circa 250.000 proteine
AAT
AAT
Asn
Asn
Sequenza
Sequenza mutata
normale
MUTAZIONI
TGT
TGT
Cys
Cys
…
…
Proteina anomala
normale
Proteina
ereditarie (patologie genetiche)
acquisite (tumori)
dovute a virus (malattie infettive)
Patologie bersaglio
Monogeniche
Immunodeficienze - Distrofia muscolare - Fibrosi cistica - Emofilie
Retinopatie - Emoglobinopatie - Ipercolesterolemia fam Xeroderma pigmentosum
Multifattoriali
Malattie cardiovascolari e neurodegenerative - Diabete Artrite reumatoide
Tumorali
Leucemie - Carcinomi
Infettive
AIDS - Epatite B e C
Acquisite
Traumi (fratture ossee, ferite, ustioni) - Ischemie
Terapia genica: quale tipo?
SOMATICA
manipolazione dell’espressione
genica in cellule differenziate
dell’individuo adulto
l’alterazione genica riguarda
esclusivamente il paziente su
cui è stata realizzata
GERMINALE
manipolazione
dell’espressione genica in
cellule riproduttive
eventuali modificazioni geniche
verrebbero trasmesse alla
progenie
non autorizzata !!!!
Terapia genica:
Rogers et al.
papilloma virus
3 pazienti affetti da arginemia:
nessun risultato
1970
1980
1990-92
Cline et al
2 pazienti con β-tal Maj:
presenza per 3-9 mesi
del transgene nel m.o.
un po’ di storia
Blase e Bordignon
pazienti affetti da ADA-SCID:
risultati parziali in termini di cura definitiva
Cavazzana-Calvo et al
2 pazienti affetti da X-SCID:
correzione completa difetto
immunitario
1999
2000
Morte del paziente
(Jesse G.) dopo
trial clinico con
AdV per deficit
OTC
2002-3
Aiuti et al
2 pazienti con ADA-SCID:
reversione completa
fenotipo clinico fino a 1
anno
Casi di leucemia cellule T
dopo 3 anni da trial
clinico con RV per XSCID (2/15)
Terapia genica: come?
ex vivo
in situ
Le cellule bersaglio (es.
SC) sono prelevate dal
paziente, modificate
geneticamente in
laboratorio e reintrodotte
nello stesso individuo
il transgene viene
rilasciato localmente
nel sito di azione
mediante iniezione i.m.
o intratumorale o per
inalazione ecc…
il transgene
viene
somministrato
per via sistemica
e.v. nel corpo del
paziente
tumori localizzati;
patol. dell’apparato
respiratorio (es. FC);
tessuto cutaneo ecc…
cellule e tessuti
poco accessibili
scarsa efficienza di
trasduzione, barriere
no problemi immunologici
efficienza delle metodiche
di trasduzione in vitro
solo alcune malattie
(immunologiche,
ematologiche, metaboliche)
in vivo
TERAPIA GENICA: come ?
IN VIVO
Rilascio gene modificato
EX-VIVO
Rilascio cellule modificate
Trasferimento
Genico in vivo
Aerosol
Iniezione diretta
(miocardio)
Perfusione organo
Uso di cateteri
(tumori solidi)
Gene gun/elettroporazione
(miofibrille, epidermide)
Via sistemica
TERAPIA GENICA: come ?
DNA nudo
elettroporazione
pistola genica
microiniezione
liposomi
non-virali
Vettore per rilasciare e
proteggere il gene
terapeutico
virali
adenovirus
adenoassociati
retrovirus
lentivirus
herpesvirus
VETTORI PER TERAPIA GENICA
Vettori virali:
Vettori non virali:
• Adenovirus
•Plasmidi nudi
• Retrovirus
•Liposomi e polimeri
• Virus adeno-associati
•Elettroporazione in vivo
• Lentivirus (derivati da HIV)
• Herpesvirus
Vettori virali
Adenovirus
Retrovirus*
Lentivirus* Herpes-simplex
virus
Vantaggi
altamente efficienti nel trasferimento genico
espressione a lungo-termine*
Svantaggi
reazione immunitaria
tossicità
integrazione random/mutagenesi inserzionale*
AAV*
Vettori virali
Retrovirus
• Genoma di RNA singolo filamento.
• Possono infettare solo cellule proliferanti
• Integrazione casuale nel genoma.
• Difficile produrli in grandi quantità (titolo elevato).
• Poco immunogeni.
• L’espressione può andare incontro ad attenuazione
nonostante la persistenza del virus nel genoma.
In assoluto sono i vettori più utilizzati per la
terapia genica.
Vettori virali
Adenovirus
• Genoma di DNA doppio filamento.
• infettano le vie respiratorie,
• Possono infettare cellule proliferanti e postmitotiche.
• Non si integrano, ma vengono mantenuti in
forma episomica. Pertanto non determinano
mutagenesi inserzionale, ma sono necessari
trattamenti ripetuti.
• Relativamente facile produrli in grandi
quantità (titolo elevato).
• Forti reazioni immunologiche.
Vettori virali
Herpes Simplex Virus (HSV)
Genoma di DNA doppio filamento molto grande
(152 kb) e complesso (>70 geni).
Spiccato neurotropismo (infettano
preferenzialmente le cellule nervose).
Nelle cellule infettate spesso rimane in uno stato
latente in forma episomica.
Possibile inserire geni molto grandi.
Forti reazioni immunologiche.
Presenza di anticorpi contro il virus in un’elevata
percentuale di casi.
Vettori virali
Lentivirus
Genoma ad RNA.
A differenza degli altri retrovirus possono
infettare cellule proliferanti e post-mitotiche.
Integrazione casuale (mutagenesi
inserzionale)
Scarsissime reazioni immunologiche.
Elevata efficienza di trasduzione.
Ottime prospettive per la terapia genica in
vivo.
Vettori non virali:
PLASMIDI
La conoscenza degli enzimi di
restrizione in grado di tagliare il DNA
in corrispondenza di sequenze
specifiche, hanno portato i biologi
molecolari ad utilizzare i plasmidi per
introdurre del DNA estraneo, al fine
di produrre proteine oppure per
amplificare tratti di DNA. Inserendo
un gene in un plasmide, ed
immettendo il plasmide in un
batterio, posso AMPLIFICARE E
PRODURRE quantità enormi del DNA
RICOMBINANTE.
Qui vediamo uno schema dei processi di
clonaggio di un plasmide in una cellula
batterica.
Vettori non virali
DNA nudo – Elettroporazione - Microiniezione
Iniezione diretta
Vantaggi
assenza di immunogenicità
alta efficienza ex-vivo
rilascio di grossi geni
utile per le vaccinazioni a DNA
Svantaggi
inefficiente nel trasferimento genico
instabilità nella maggior parte dei tessuti
espressione transitoria
in vivo solo per tessuti superficiali (cute),
muscolo, cuore, fegato
Elettroporazione
Microiniezione
Vettori non virali
Liposomi:
minuscole sfere cave costituite da una membrana lipidica
- DNA
Vantaggi
non contengono geni virali
limitata immunogenicità
anche costrutti molto grandi
- -
++++
liposomes
Svantaggi
poco efficienti nel rilascio genico in vivo
espressione transitoria
difficoltà a rilasciare il DNA nel nucleo
-
Cosa succede al DNA quando è
entrato nella cellula ospite?
1. Vettori virali
2. Vettori non virali
Integrazione casuale
O sito-secifica
integrazione del transgene nel
genoma ospite
espressione stabile
il transgene non si integra nel
genoma
espressione
temporanea
Vettore ideale
di facile produzione e in elevate quantità
esprimibile per un lungo periodo e regolabile
sicuro, cioé inerte dal punto di vista immunologico
selettivo per determinati tipi cellulari
capace di trasportare geni piccoli e grandi
capace di integrarsi in siti specifici del genoma
capace di infettare sia cellule in divisione che
quiescenti
Strategie di terapia genica
Compensazione genica
introduzione di copie funzionali del
gene difettivo o assente
Riparo genico
correzione del gene difettivo
Inattivazione
introduzione di RNA antisenso per
inibire l’espressione genica
Suicida
introduzione di “geni suicidi” che
producono tossine o pro-farmaci
Anti-angiogenica
interruzione del nutrimento ai tumori
Anticorpale
introduzione di geni che producono
anticorpi intracellulari
Anti-infiammatoria
prevenzione del riconoscimento dei
tessuti da parte dell’organismo
Vaccinazione
introduzione di geni che inattivano
agenti infettivi
Terapie cellulari
trapianto di cellule geneticam modif
Strategie e patologie
trapianti cellulari
patologie multifattoriali
tp. riparativa
patologie acquisite
(neurodegen, diabete ecc)
(traumi, ischemie ecc)
tp. compensativa
patologie ereditarie
tp. ablativa
– suicida
– di inattivazione
– anticorpale
– anti-angiogenetica
immunoterapia
tp. anti-infiammatoria
(mendeliane)
patologie tumorali
patologie infettive
(++AIDS, epatite)
patologie autoimmuni
Strategie a confronto
Compensativa (x patologie AR. Trials clinici:FC, emofilia, SCID)
gene X
gene mutato
espressione della proteina normale
no proteina
Riparo (anche x patologie AD da gain-of-function)
wt
m
gene X
X X
wt
m
m
wt
m
wt
wt
wt
gene mutato
no proteina gene corretto
espressione della proteina normale
Riparo genico
Vantaggi
Mantiene il gene integro
Mantiene la relazione tra sequenze
regolatrici e codificanti
Assicura un livello di espressione
accurato
Dovrebbe essere a lungo-termine
Svantaggi
Efficienza può essere bassa
Rischio di mutagenesi inserzionale
Degradazione del DNA terapeutico
Strategie a confronto
VETTORE
VIRALE
CELLULA
BERSAGLIO
RISULTATO
ATTESO
TERAPIA GENICA
COMPENSATIVA
per patologie
ereditarie
cellula
epitelio respiratorio
VETTORE
VIRALE
CELLULA
BERSAGLIO
TERAPIA GENICA
ABLATIVA
RISULTATO
ATTESO
timidin-kinasi
ganciclovir
(SILENZIAMENTO GENICO)
per patologie
tumorali
cellula
tumorale
ganciclovir-fosfato
Terapia genica in Cellule Staminali
Cellula staminale CSE
Introduzione
del gene
terapeutico
Gene terapeutico verrà espresso in tutte le cellule del sangue
Perché usare le
cellule staminali
ematopoietiche?
Cellule che si autorinnovano: nessuna necessità di
ripetute somministrazioni
Poco numerose e facilmente rimovibili
Facilmente identificabili, manipolabili e reintroducibili
Il gene terepautico risiederà in tutte le cellule derivate
CSE possono migrare in numerosi distretti corporei
(midollo osseo, fegato, milza, linfonodi) e funzionare
come vettori di trasferimento genico
Terapia cellulare e genica
Trapianti cellulari
Trapianto cellule staminali geneticamente modificate ex-vivo
Plasticità cellule staminali
SUCCESSI
ADA-SCID, Aiuti, 2002
X-SCID, Hacein-Bey-Abina, 2002
Epidermolisi bullosa, De Luca, 1998
Ferite epidermide, Quesenberry, 2002
POTENZIALITA’
Malattie metaboliche
Malattie ematologiche
M. Parkinson
M. di Alzheimer
Infarto
Diabete
Artrite reumatoide
Terapia genica: risultati
Buoni risultati in modelli animali
Pochi esempi di risultati a lungo termine nell’uomo
(X-SCID, ADA-SCID, Emofilia A)
Procedure di rilascio genico relativam sicure
(sviluppo risposta infiammatoria sistemica, sviluppo di leucemia)
Alcune patologie più facilmente trattabili
(espressione non regolata, tessuti accessibili: m.metab, emofilia)
Alcune aree più promettenti
(vaccini a DNA, angiogenesi per m. cardiovascolari, trapianti cell)
Terapia genica: limiti e prospettive
Limiti attuali
bassa efficienza di
rilascio genico
bassa specificità
di bersaglio
Prospettive future
sviluppo di nuovi vettori
sviluppo di strategie
cellulo-specifiche
espressione
transiente e nonfisiologica
approcci di gene-targeting
reazione immunitaria
contro i vettori
sviluppo di vettori nonimmunogenici
Terapia genica: passaggi-chiave
comprensione dei meccanismi patofisiologici
della malattia
individuazione dell’appropriato bersaglio cellulare
individuazione del metodo di trasferimento
ottimale
creazione di un modello animale della patologia
per studi pre-clinici in vivo
Sicurezza e Terapia Genica
Morte di un giovane paziente in seguito a trial
clinico per OTC
Integrazione retrovirale in vicinanza di un
oncogene e sviluppo di leucemia in trial clinico
per X-SCID (2/15 pazienti)
Necessità di procedimenti sicuri e
criteri selettivi nella scelta dei pazienti
Terapia genica: quale futuro?
Terapia in utero
Enhancement
Trapianto di midollo o
cellule staminali in utero
(X-SCID; SCID T-B+)
Terapia genica ?
Performance atletica ?
Altezza ?
Aspetto fisico ?
Doping Genetico
e sport
cellula
cromosomi
geni
DNA
proteine
Le proteine
agiscono da sole o
in complessi per
esplicare molte
funzioni cellulari
i geni
contengono le
istruzioni per la
produzione
delle proteine
Doping Genetico e Sport
I tre possibili livelli del doping genetico nello sport
Prima della competizione
(indurre effetti
anabolizzanti)
Durante la competizione
(per il miglioramento
della performance)
Manipolazione
genetica
Dopo la competizione
(per il riparo di traumi)
Quali approcci di ingegneria genetica si possono
ipotizzare come doping genetico nello sport?
ex vivo, tessuto emopoietico:
modificare l’emopoiesi (recettore EPO, trasporto O2...)
in vivo locale (es. muscolo):
fattori di crescita, modificatori fibre muscolari
cardio-modulatori, ecc.
in vivo locale (es. articolazioni):
sostanze antidolorifiche, inibitori dell’infiammazione,
fattori di riparo, ecc.
in vivo sistemico:
anabolizzanti, fattori ormonali, killer del dolore, controllo
vascolare, ecc.
Doping Genetico e Sport
IL TESSUTO MUSCOLARE COME TARGET DI TERAPIA
GENICA È OTTIMALE IN QUANTO:
•È molto abbondante nell’organismo
• Ottimamente vascolarizzato
• Facilmente accessibile
Studi di laboratorio su animali, hanno dato risultati positivi
utilizzando metodi in vivo ed ex vivo.
GENI CANDIDATI nel DOPING GENETICO
per migliorare le prestazioni sportive
GENI CORRELATI ALLA
RESISTENZA ALLO SFORZO
(ENDURANCE)
GENI CORRELATI ALL'AUMENTO
DELLA MASSA MUSCOLARE
- Eritropoietina (EPO)
- Fattori per il controllo della
crescita muscolare: MGF e IGF-1;
- recettore PPARD che attiva la
proliferazione dei perossisomi
- Fattori per il controllo della massa
muscolare: GH;
- Geni correlati all’angiogenesi:
VEGF, TGF, HGF
- Fattori ipertrofici: miostatina che
è considerato un regolatore
negativo della crescita muscolare:
l'assenza di miostatina stimola
l'ipertrofia e l'iperplasia
muscolare.
COME PUO’ ESSERE UTILIZZATO IL “GENE DOPING”
Introducendo
1. ERITROPOIETINA (EPO)
1. Svensson E et al. Human Gene Therapy (1997):
utilizzarono vettori adenovirali per il trasferimento del
gene per l’EPO in topi e scimmie
Effetto: aumento dell’ematocrito dal 49 a 81% nel topo
e dal 40 al 70% nelle scimmie dopo iniezione intramuscolo.
Durata: l’effetto perdurava più di un anno nel topo e circa
12 settimane nella scimmia.
2. Zhou S et al. Gene Therapy 1998: ottennero gli stessi
risultati ripetendo esperimenti simili in altri primati.
COME PUO’ ESSERE UTILIZZATO IL “GENE DOPING”
Introducendo
1. ERITROPOIETINA (EPO)
PROBLEMI:
• Livelli eccessivi di ematocrito possono causare trombosi
• In famiglie in cui sono presenti mutazioni del gene EPO
sono frequenti casi di morte precoce per infarto o
episodi acuti cerebrali.
• Iniezioni ripetute possono avere effetto ridotto per lo
sviluppo di risposta immunitaria verso il vettore virale.
• Rischio di mutagenesi inserzionale: cancro
GENI CORRELATI ALLA RESISTENZA
(ENDURANCE)
2. PPARD (peroxisome proliferator-activated receptor delta)
L’ espressione di PPARD
promuove il passaggio
delle fibre muscolari da tipo
IIb a contrazione rapida a
quelle di tipo IIa e di tipo I
lente che è quello che
accade fisiologicamente in
seguito ad esercizio fisico
costante.
E’ stato prodotto un composto sintetico (GW501516) in grado di legarsi al
recettore del PPARD e di attivarlo e potrebbe quindi rappresentare un
possibile agente dopante nell’uomo.
GENI CORRELATI ALLA RESISTENZA
(ENDURANCE)
3. GENI CORRELATI ALL’ANGIOGENESI
• fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF)
• fattore di crescita tissutale (TGF)
• fattore di crescita degli epatociti (HGF)
L’ espressione di questi geni infatti è correlata all’aumento
della formazione di nuovi vasi sanguigni e quindi ad un
maggiore apporto di ossigeno ai tessuti con conseguente
aumento della capacità di resistenza allo sforzo fisico.
Terapia genetica su umani con
VEGF (vascular endothelial growth factor)
Vasi sanguigni di un
paziente che ha
ricevuto l’inoculazione
di un “vettore” in cui è
stato inserito il gene
VEGF
PRIMA
DOPO
Baumgartner et al. Circulation (1998) 97:1114-1123
GENI CORRELATI ALL'AUMENTO
DELLA MASSA MUSCOLARE e ALLA
RIGENERAZIONE
CRESCITA E RIGENERAZIONE
DEL TESSUTO MUSCOLARE
AUMENTANDO
L’ ESPRESSIONE DI GENI
CHE HANNO UN’ AZIONE
STIMOLANTE COME:
IGF1 e GH
INIBENDO
GENI CHE DI SOLITO
AGISCONO COME
REPRESSORI DEI
PROCESSI DI CRESCITA
COME:
MIOSTATINA
GENI CORRELATI ALL'AUMENTO DELLA
MASSA MUSCOLARE e ALLA
RIGENERAZIONE
1. IGF-1 MUSCOLARE (mIGF-1)
Il gene IGF-1 ha il compito di riparare il muscolo, quando, durante
l’esercizio, subisce microtraumi.
La fibra si ripara e cresce, ritrovandosi con più miofibrille rispetto a
prima della lesione. Il segnale di stop alla crescita viene dato da
un'altra proteina, la miostatina.
L’inserimento di un extra-gene IGF–1, permetterebbe di aggirare il
meccanismo di equilibrio, inducendo l’ipertrofia del muscolo e la
crescita incontrollata delle fibre.
GENI CORRELATI ALL'AUMENTO DELLA MASSA
MUSCOLARE e ALLA RIGENERAZIONE
2. ORMONE DELLA CRESCITA (GH)
L'attività sportiva rappresenta un forte stimolo per la secrezione di
GH
La secrezione di GH nel corso di attività fisica è influenzata in modo particolare da:
• Intensità dello sforzo
• Allenamento del soggetto
• Temperatura ambiente
SINTESI PROTEICA
TESSUTO ADIPOSO
EFETTI CONTROINSULARI
Collabora con gli ormoni
tiroidei, con gli ormoni
sessuali steroidei e con
l'IGF-1 al processo di
sviluppo e accrescimento
dell'apparato scheletrico
Il GH favorisce la
mobilizzazione dei grassi,
stimola la lipolisi.
La somministrazione cronica
di GH ha effetti
iperglicemizzanti con ridotta
utilizzazione di glucosio,
ridotta glicogenosintesi ed
insulino resistenza
Garantisce il trofismo
muscolare ed osseo
nell'adulto
Aumenta l'ossidazione degli
acidi grassi, favorendo il
dimagrimento e la sintesi di
corpi chetonici nei tessuti
GENI CORRELATI ALL'AUMENTO DELLA MASSA
MUSCOLARE e ALLA RIGENERAZIONE
3. Inattivazione Miostatina
Gene della miostatina
La miostatina è una proteina regolatrice della crescita
muscolare. Appartiene alla superfamiglia dei TGF-beta
(trasforming growth factor-beta)
E’ responsabile del differenziamento dei muscoli
scheletrici
Ha una funzione inibitoria della proliferazione delle
cellule satelliti alle fibre muscolari.
Mutazioni genetiche del gene miostatina provocano
abnormi crescite dei muscoli:
es. ceppo bovino Belgium blue bull
Approcci al doping genetico
1. modificare per mutagenesi il gene miostatina
2. somministrare un inibitore della miostatina: follistatina.
Topi Schwarzenegger
Rimozione del Gene Miostatina in topi:
Arto
anteriore di
un topo
normale
Arto anteriore di
un topo privo
del gene della
miostatina
Topo normale
Topo know-out: rimosso il gene miostatina
Lee et al. Curr. Opin. Gen. Dev. (1999) 9:604-607
Esperimenti su topi
Topi privati del gene della miostatina (topi knock out)
sviluppano una muscolatura ipertrofica:
GENI CORRELATI ALLA CRESCITA E ALLA
RIGENERAZIONE MUSCOLARE
Gene MIOSTATINA nell’uomo:
Nel 2004, studiando un bambino tedesco di 5 anni che
presentava uno sviluppo abnorme della forza e della massa
muscolare venne identificata per la prima volta nell'uomo la
presenza di una mutazione nel gene che codifica per la
miostatina.
Schuelke M, Wagner KR, Stolz LE et al. Myostatine mutation
associate with gross muscle hypertrophy in a child.
New England Journal Medicine 350:2682-88 (2004).
RISCHI POTENZIALI DEL GENE DOPING
-Reazioni immunitarie anche letali
-Problemi correlati alla preparazione dei vettori in laboratori non
controllati (contaminazioni o produzione di vettori virali virulenti)
-Problemi correlati all’eccessivo sviluppo delle masse muscolari con
effetti dannosi su tendini e ossa
-Problemi legati alla integrazione del vettore nel genoma
dell’individuo: possibile mutagenesi o danneggiamento di geni
endogeni.
-Sviluppo di neoplasie sia per mutagenesi inserzionale sia per
overespressione di sostanze (come GH) che sono potenti mitogeni e
anti-apoptotici
Si può scoprire il doping genetico?
• La proteina prodotta è uguale alla proteina
endogena
• Il DNA artificiale è presente solamente in
sede locale quando si pratica un’iniezione col
DNA puro o con cellule modificate
geneticamente
• Si dovrebbe conoscere la sequenza del DNA
artificiale per poterla rilevare
EPO ricombinante
EPO endogena
da urine e siero
EPO nel siero dopo
trasferimento genico
Rischi ipotizzabili con il doping genetico
A breve-medio termine
Autoimmunità
Sindrome similinfluenzale
Shock tossico
A lungo termine
Fibrosi
Tumori
Effetti avversi tipici dei fattori
stimolati
Impossibilità di terapia genica
futura (immunità)
Legati alle modalità di trattamento
Malpratica (vettore o via somministrazione inadeguati)
Materiale contaminato (patogeni o allergeni)
Mancanza di follow-up
Anti-Doping Administration &
Management System (ADAMS)
Cosa è ADAMS ?
é uno strumento che assiste nell’implementazione di controlli anti-doping. E’ in
pratica un calendario messo su rete a cui accedono atleti e controllori.
Gli atleti forniscono la propria reperibilità, i laboratori riportano i dati e le
autorità coordinano le azioni
ADAMS PER SPORT DI SQUADRA
• ADAMS contiene un modulo per squadre compilato da un responsabile di squadra.
Questi inserisce le info dei suoi giocatori relative alla reperibilità
• ADAMS quindi informa il singolo atleta delle info fornite dal responsabile e chiede
conferma
• Gli atleti sono responsabili della propria reperibilità e non vi è possibilità di
palleggiamento di responsabilità con il responsabile di squadra.
Funzioni principali di ADAMS
Reperibilità degli atleti
Essendo via web, l’atleta può aggiornare da dove vuole; se non ha accesso alla rete, può
inviare sms
Strumento cruciale per i controlli a sorpresa
Clearing House – Contiene tutte le informazioni dell’atleta e consente a tutte le
organizzazioni di avere semplice e rapido accesso alle informazioni.
Rappresenta garanzia di trasparenza.
É la “banca dati” in cui i dati dell’atleta sono conservati, in particolare:
Risultati di laboratorio
Autorizzazioni TUE (Therapeutic Use Exemption)
Violazioni delle norme anti-doping
Doping Control Platform
Strumento fondamentale per pianificare, coordinare, ordinare controlli e serve per la loro
gestione. Consente, per esempio, di evitare duplicazioni non necessarie dei controlli.
